1. 前言

在原子能领域里，以UO₂为代表的核燃料物质，使用陶瓷材料已经实用化。随着原子反应堆成为高温炉型，陶瓷材料使用的重要性越来越突出。例如，自从热核炉用的固体壳层材料、多用的高温气体炉用的石墨材料、包覆粒子燃料、氕炉及高速炉的燃料等直接开发原子能以来，在热核炉结构中氚回收系统及多用高温气体炉中核热利用系统（氢制造）方面的离子导电性陶瓷的使用、在热核炉中计测系统方面的透光性或者光导性陶瓷的使用及在高辐射下自动装置用传感器方面的半导性、压电性陶瓷等的使用正在考虑。还有具有高温高强度特性的精细陶瓷正在做多方面的研究，它的机械性能在原子能领域中应用也相当广泛。

2. 原子能用陶瓷的特性

在原子能环境下使用的情况，陶瓷材料的抗辐射性是选择材料的重要因素。但是，当今只不过是对石墨和sic的中子照射影响在广泛的能量领域内作了粗略调查，有关其它物质照射效果的资料极少。陶瓷材料伴随着辐射照射性质的变化一般地说具有①体积增加，密度减少（石墨呈现体积减少，密度增加的趋势）。②产生色中心，上色或者变色。③热导率、电导率降低。④强度、硬度、弹性模量一般地说增加等特点。但是辐射损伤的机理是复杂的。由于中子的能量和照射量、材料的种类、组成及照射温度等不同会产生很大的变化。

3. 研究的现状和课题

在各种各样的原子能炉型中，考虑今后陶瓷的重要性最大量地开发有关热核炉的材料，要求的特性如表1所示。把热核炉方面使用作为目标的陶瓷研究比较新的资料数量相当缺乏。特别，虽考虑到电的特性及光特性等在照射下和照射后会有不同，但照射下的资料几乎一无所有。还有在高能量中子照射下的使用情况，由核变换生成的氢和氦动态给特性方面带来很大的影响，这方面的研究也非常必要。表2示出在热核炉条件（中子能量：14 MeV，壁负荷：1 MW/m²）下，在一年内生成核变换生成物质量（appm）的推算值^1），氢、氦等气体状元素及碳、镁等的元素生成是显著的。

假如再考虑废料处理的话，作为材料只能由低放射性元素组成的物质才符合要求。有必要在那些材料中选择中子吸收断面积小的元素，因为中子吸收断面积决定于核反应的种类及中子能量。例表3所示的是在热中子能量领域内吸收断面积小的元素。为了陶瓷烧结性或提高各种机械性能采用添加微量物质，原子能用的陶瓷指的是现在使用于日常生活的材料。通过不同的添加物制作材料也成为必要。

表4为有代表性的用于高速炉的陶瓷，伴随着中子照射体积膨胀，热导率变化量的情况^2）。通过照射热导率降低30 ~ 60%。还可列举作为膨胀优良的材料尖晶石（MgAl₂O₄）、氮化硅（Si₃N₄），特别是机械特性好的Si₃N₄一边变化烧结助熔剂一边进行照射研究的话，更有用的材料可能制造出来。因此认为今后有必要加速研究这方面的材料。

陶瓷材料的特征之一是具有优良电绝缘特性的材料是相当多。代表性的物质有Al₂O₃，它的电阻通过中子照射增加。但是在电离辐射照射的情况与辐射的剂量率成反比，电阻减少，下图为测定结果。在用作RF加热窗用材料的情况下，在增加电阻的短波领域内减少介电损失（tamδ）也是必要的。Al₂O₃通过照介电损失增加，尽管强度更好，但是希望开发介电损失小的材料。

通过高能量的中子照射生成大量的氢和氦，尽管它们在陶瓷中的溶解度极低，但是由于陶瓷的延伸性小，对强度破坏影响很大。

如上所叙，在原子能环境下所用的各种陶瓷，增加中子线或γ线照射、在高温或者腐蚀环境等严峻复杂的条件下，对耐用性的要求增加。例如原子反应堆用的自动装置和在热核炉等方面使用的计测用的元件（各种晶体管、检测器、光元件）进行照射特性机械性能试验，在采用RTNS-Ⅱ在14 MeV中子照射下，照射量为10¹¹ ~ 10¹⁶ n/cm²，其性能会急剧地减少。因此在原子能环境下为提高所用陶瓷的耐用性（耐用年数）、开发耐照射特性优越的材料是当务之急。

4. 结束语

本文把精细陶瓷的机械、热、电特性的照射变化作为重点论述。除此之外，还正在考虑氚增多用的材料、光相关材料、计测用的元件材料等多种陶瓷材料的应用，这些陶瓷材料的抗辐射性的研究也是重要的。原子能用陶瓷材料尚处于开发阶段，考虑核变换、低放射能等组成元素的选择是必要的。因此在非原子能领域内具有良好性能的材料不一定限于在原子能领域也具有保持良好的性质。特别在作为烧结助熔剂等方面用的微量添加物必须要密切考注！

［ヤラミックス，1988年第7期］